泡沫玻璃研究

泡沫玻璃研究（共7篇）

泡沫玻璃研究 篇1

鲍德炉料公司担负着济钢冶金渣加工处理的重要使命, 如何有效地利用现有矿渣资源, 充分发挥资源的潜力, 不断寻求新的发展空间和新的经济增长点, 是我们公司所面临的一个长期而重要的课题。泡沫玻璃是一种新型的环保节能材料, 其容重轻、导热系数小、不透湿、吸水率小、不燃烧、不霉变、机械强度高、加工方便、本身无毒, 被广泛用于石油、化工、地下工程等隔热保冷工程。国内外利用多种工业废渣, 采用半干压成型的方法来制备泡沫玻璃。本文对利用济钢的矿渣微粉, 经研磨混合、压制成型、烧成发泡制备矿渣泡沫玻璃进行了介绍。

1 各添加剂的作用机理

1.1 硼砂的作用

硼砂在加热过程中脱去结构水, 并在740 ℃开始熔融, 因而硼砂具有助熔作用, 但由于B2O3的作用, 硼砂对泡沫玻璃粘度作用是两方面的, 即用量少时降低粘度, 用量多时增加粘度。实验发现, 用量很少时, 发泡不充分, 效果较差, 但随着用量的增加, 发泡效果逐渐变好, 并在7%时达到最高值, 随后泡沫玻璃性能下降, 发泡较差。

1.2 碳黑的作用

碳黑不仅作为发泡剂, 而且也起到稳泡剂的作用, 因为没有参加反应的碳黑和液态玻璃的亲和力很小, 它们集中在气、液相的相界表面, 几乎不被玻璃所润湿, 这些未起作用的碳黑颗粒附在玻璃泡穴的表面, 使相界面的界面能降低, 从而使泡穴稳定。

1.3 Na3PO4的作用机理

Na3PO4是作为稳泡剂引入的, 除起稳泡作用外, 还有助熔作用。Na3PO4在高温下发生下列分解反应:2Na3PO4=3Na2+P2O5, 分解产生的Na2O起破坏Si—O键的作用, 起助熔作用, 降低发泡温度。分解产生的P2O5中的P5+是网络形成离子, 可形成[PO4]四面体, [PO4]四面体可与[SiO4]四面体一起构成连续网络, 提高高温下的熔体粘度, 有利于泡穴的稳定。

2 实验过程

2.1 实验原料

实验所用主要原料化学成分见表1。

2.2 泡沫玻璃配合料的制备

将收集来的废玻璃用清水冲洗, 除去灰尘、污物, 再将干净的碎玻璃放入烘干箱中烘干, 用球磨机将碎玻璃进行粉碎。玻璃粉的粒度要适中, 若颗粒过粗, 膨胀性差, 形成粗大的泡沫玻璃;反之, 膨胀性好, 但不利于发泡剂的均匀混合。一般要求玻璃粉的粒度全部通过140目筛 (粒径为100 μm) 。以不同配比的废玻璃粉和矿渣为主要原料, 外加适量的发泡剂和外加剂, 充分混合研磨, 放入不锈钢模具中。

2.3 配方设计

根据原料的化学成分和各添加剂的作用机理, 设计以下矿渣泡沫玻璃配方, 如表2。

2.4 泡沫玻璃的烧成

泡沫玻璃的烧成包括预热、烧结、发泡和退火。

2.4.1 预热

坯体的导热性较差, 直接高温烧结、发泡, 会造成表面碳的氧化和表面层玻璃粉过早地熔融, 造成坯体内外层产生较大温差, 使发泡不均匀。为此, 在室温至350 ℃之间, 升温50 min;在350 ℃, 保温30 min。

2.4.2 烧结

将预热后的坯体迅速加热到烧结温度700 ℃, 使坯体烧结。快速升温的目的是将随着坯体升温而急剧增加的气相包裹在坯体内而不让逸出, 从而能够得到气相较多、密度较低的泡沫玻璃。烧结温度由试样的差热分析确定。

2.4.3 发泡

烧结后的坯体以10 ℃/min的升温速度加热到发泡温度 (860 ℃左右) 进行发泡。影响发泡质量的因素除发泡温度外, 还有发泡时间、发泡剂和稳泡剂的用量, 需将各影响因素综合考虑进行实验。

2.4.4 稳泡与退火

当发泡结束时, 迅速将试样冷却至610 ℃左右, 其目的是将产生的气孔结构迅速固定下来。否则就会形成越来越大的孔穴, 气孔的分布也不均匀, 而且会出现连通孔。由于试样迅速冷却, 将产生应力, 并且烧成好的泡沫玻璃, 其本身就是隔热材料, 为了消除应力, 在610 ℃左右进行保温退火, 保温30～35 min, 然后以2 ℃/min 的速度冷却到400 ℃, 关掉电源, 电炉门不打开, 让其冷却到室温。

2.5 结果分析和讨论

在不同的温度下进行热处理, 得到泡沫玻璃试样。观察样品的外部特征、气孔结构以及进行密度、强度等方面的测量。

将试样切磨成正规的长条形状, 然后用直尺量出长、宽、高, 计算出体积, 将磨好的试样用分析天平称出质量, 计算出试样的密度。

图1是矿渣微粉掺入量与泡沫玻璃密度的关系曲线。由图可以看出随着矿渣微粉含量的增加, 泡沫玻璃的密度是升高的。矿渣微粉主要成分是SiO2、CaO、Al2O3, 它们主要以玻璃体的形式存在。由于这些玻璃体中, CaO含量很高, 从而使其熔融温度和软化温度较高, 熔体的粘度也很大, 在烧成时要有较高的发泡温度, 随着矿渣微粉掺入量的增加, 发泡温度逐渐升高, 当矿渣微粉的掺入量较高达到某一值时, 气泡结构开始变差, 矿渣微粉掺入量为20%时, 气泡结构相对较完整, 无连通孔出现。

而当矿渣微粉掺入量大于25%的时候, 由于此时液相粘度大, 玻璃液不易包裹住发泡剂, 导致连通孔开始出现, 孔型由原来的圆形变得较不规则, 气孔与气孔之间开始连通, 当矿渣微粉掺入量达到40%时, 由于液相粘度过大, 样品表面无玻化层产生, 产生的气体逸出, 样品成一致密的块状物, 所以, 将矿渣微粉的掺入量控制在20%为最佳。

3 结论

(1) 通过实验, 我们用矿渣微粉、废玻璃为主要原料, 添加适量的发泡剂、稳泡剂, 经研磨混合、压制成型、烧成发泡, 制备出气泡均匀、容重为0.2～0.5克/立方厘米的泡沫玻璃。

(2) 确定泡沫玻璃从预热、烧结、发泡到退火的合理的热工处理工艺制度。

(3) 通过实验, 从节约原料成本、能耗等多方面综合考虑, 矿渣微粉的添加量不能太多, 确定了矿渣泡沫玻璃中矿渣微粉的最佳添加量为20%。

利用工业废渣制备泡沫玻璃的研究 篇2

泡沫玻璃是内部充满无数均匀气孔的多孔材料。气孔约占总体积的80%~90%, 气孔大小为0.5mm~5mm, 也有小到几微米的。它通常是以废玻璃为主要原料, 添加适量的发泡剂和助熔剂等添加剂, 经破碎、磨细和混合形成配合料, 放置在模具中经预热、烧结、发泡、稳泡和退火等工艺制备而成。泡沫玻璃具有表观密度小、导热系数低、热膨胀系数低、耐腐蚀性强、不燃烧、不变形、易加工和施工方便等许多特殊优良性能, 泡沫玻璃在工程中可作为保温隔热材料、吸声材料、轻质填充材料、轻质混凝土集料和绿化用保水材料使用。

1935年, 法国St.Gubain公司成功地研制出了泡沫玻璃, 随后, 美国、前西德、等国也发表了许多有关泡沫玻璃专利和研究报告。20世纪70年代中期泡沫玻璃在我国进行小批量生产, 经过几十年的发展, 国内生产的泡沫玻璃供不应求, 目前部分产品已出口国外。随着建筑保温节能技术越来越受到人们的关注, 泡沫玻璃在建筑工程中的应用越来越广泛, 这些将给泡沫玻璃的发展带来更大的发展机遇。

泡沫玻璃的原料多数采用废弃物, 如废玻璃、粉煤灰、炉渣或天然矿物等, 发泡剂可以选择碳酸盐或炭黑等。以废玻璃、矿渣和粉煤灰为主要原料的泡沫玻璃对于工业废弃物利用, 节约资源和改善环境具有重要意义, 是世界上鼓励发展的方向。本文以废玻璃、矿渣和粉煤灰作为主要原材料进行了泡沫玻璃制备的试验研究, 并研究了发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响, 并对泡沫玻璃泡沫化进行优化设计。

1 原材料及研究方法

1.1 原材料

基础原料采用高炉矿渣, 粉煤灰、废玻璃;发泡剂分别采用碳酸钙、炭黑、二氧化锰进行研究, 同时加入适量的助熔剂和稳泡剂等。

1.2 研究方法

1.2.1 发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响研究

通过试验固定原材料废玻璃、矿渣和粉煤灰的比例为6:3:1, 并按图1所示的烧成曲线进行泡沫玻璃制备, 通过改变发泡剂种类及掺量进行对比研究。

1.2.2泡沫玻璃泡沫化的优化设计

由于影响泡沫玻璃性能的因素较多, 不仅与添加剂的种类及其用量有关, 而且与烧成的温度制度有密切的关系。通过试验找出影响泡沫玻璃质量的主要因素, 对制备泡沫玻璃的工艺参数进行优化设计。

1.2.3 质量和性能评定

用表观密度、抗压强度和孔径等指标来评定泡沫玻璃的质量和性能。

2 实验结果与讨论

2.1 发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响研究

为保证泡沫玻璃的质量, 配合料坯体的软化温度应与发泡剂生成气体的温度相匹配, 由于在基础原料中引入了矿渣和粉煤灰, 从而使配合料的软化温度和发泡温度升高, 所以要选择合适的发泡剂种类。

本研究选取碳酸钙、炭黑、二氧化锰进行了对比研究, 其中基础原料中矿渣、粉煤灰和废玻璃的比例分别为30%、10%和60%。三种发泡剂掺量变化对泡沫玻璃性能的影响见表1。

试验结果表明:以碳酸钙为发泡剂, 当碳酸钙的掺量较大时, 试样中出现个别的大孔。由于玻璃体的表面张力, 使得气孔力求相互结合以减少相间界面, 所以在气孔形成过程中伴随着气孔间相互结合和气体的排出。当相邻气孔中的压力逐渐相等时, 相互结合的过程也随之减弱。逸出的气体在玻璃液相中形成气孔, 随着气孔直径的逐渐扩大, 软化状态的玻璃体积迅速增加, 当体积达到一定值时, 温度降低从而使玻璃固化, 玻璃的多孔结构保持下来。

以炭黑为发泡剂, 由于矿渣和粉煤灰的大量引入, 从而使得配合料的软化温度升高, 炭黑产生二氧化碳气体的最大量约在800℃左右, 而这时配合料还未完全软化, 发泡剂分解产生的气体将粉料吹成大孔, 致使试样异常发泡, 造成试样孔径不均匀的现象。

以二氧化锰为发泡剂的试样发泡效果好, 以封闭孔为主, 孔径在2mm~3mm之间均匀分布, 表面有光泽。随着发泡剂二氧化锰掺量的增加, 泡沫玻璃的表观密度变小, 抗压强度也随着降低。

通过以上对三种发泡剂的比较研究, 碳酸钙和炭黑的发泡效果一般, 都有个别大孔的出现, 二氧化锰的发泡效果好, 孔径均匀, 因此选用Mn O2进行研究, 掺量控制在2.5%~3.0%较好。

2.2 泡沫玻璃正交试验设计

为了简化实验, 尽快找出影响泡沫玻璃性能的主要因素, 减少重复性试验的次数, 在大量试验的基础上, 选择良好的因素水平, 对泡沫玻璃泡沫化进行正交试验设计。

2.2.1 选择因素水平

固定基础原料的配比, 高炉矿渣30%、粉煤灰10%和废玻璃60%, 以二氧化锰为发泡剂, 助熔剂氟硅酸钠为4.8%和硼砂为0.5%、稳泡剂磷酸三钠为1.1%。选择发泡剂掺量、发泡温度和发泡时间为三个影响因素, 每个因素选取3个水平, 按L9 (34) 进行泡沫玻璃的正交试验, 水平因素表见表2。

2.2.2 实验结果与分析

依据上述表2条件进行试验, 选择表观密度作为考核指标, 正交设计的直观性分析计算结果见表3。

泡沫玻璃表观密度的方差分析见表4。

注:临界值F0.10 (2, 2) =9.0, F0.05 (2, 2) =19.0

根据极差和方差分析可知, 在所选的3个因素中, 发泡剂Mn O2掺量为最主要的因素。在Mn O2掺量为2.5%时, 试样的表观密度的平均值为962kg/m3, Mn O2掺量为2.8%时, 试样的表观密度减少至926kg/m3;Mn O2掺量为3.0%时, 试样的表观密度减小至844kg/m3。这说明随着发泡剂Mn O2掺量的增加, 试样的表观密度减小, 分析其原因是:随着二氧化锰掺量的增加, 由化学反应产生的气体量也越多, 在配合料中产生的微细闭合气孔量亦越多, 泡沫玻璃的内部孔径变大, 体积增大、因此泡沫玻璃的表观密度降低。

以表观密度作为性能指标, 得到正交设计的优化方案为A3B3C3即:Mn O2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min。

2.2.3 泡沫玻璃的基本技术性能指标

采用以上研究中确立的优化方案A3B3C3, 在最佳温度制度下, 制得的泡沫玻璃试样的技术性能测试结果为:表观密度为892 kg/m3, 抗压强度为10.5/MPa, 吸水率为0.25%, 导热系数为0.19w/m·k。泡沫玻璃与粘土砖相比, 具有表观密度小, 吸水率低和强度高的特点, 它是一种新型的重墙体材料可以代替粘土砖作为非承重的墙体材料使用。

3 结论

1) 采用工业废渣制备泡沫玻璃, 固定基础原料的配比:高炉矿渣30%、粉煤灰%和废玻璃60%, 通过对碳酸钙、炭黑和二氧化锰三种发泡剂的比较研究, 碳酸钙和炭黑的发泡效果一般, 都有个别大孔的出现, 二氧化锰的发泡效果好, 孔径较均匀, 因此选用Mn O2进行研究, 掺量控制在2.5%~3.0%较好;

2) 由于泡沫玻璃泡沫化过程比较复杂, 影响因素较多, 采用正交试验方法可找出各因素对材料性能的影响, 并使工艺参数得到优化, 经正交试验所得工艺参数:发泡剂Mn O2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min;

3) 发泡剂Mn O2掺量对泡沫玻璃表观密度影响最显著, 发泡剂Mn O2掺量的增加, 样品的表观密度降低。经正交试验优化后制得的泡沫玻璃样品经测试, 样品孔孔径大多数在2mm~3mm之间均匀分布。

摘要：本文采用矿渣、粉煤灰和废平板玻璃为基础原料, 加入适量添加剂, 通过烧结法制备泡沫玻璃。研究了发泡剂种类及掺量对泡沫玻璃性能的影响, 并采用正交试验优化设计的试验手段对泡沫玻璃泡沫化进行了优化。试验结果表明, 采用二氧化锰为发泡剂发泡效果好, 发泡剂掺量对泡沫玻璃性能的影响较大, 经正交试验所得工艺参数:发泡剂MnO2掺量为3.0%, 发泡温度为960℃, 发泡时间为50min。优化条件下制备的泡沫玻璃性能优良, 孔径大多数在2mm3mm之间均匀分布。

关键词：泡沫玻璃,发泡剂,优化设计

参考文献

[1]田英良.制造泡沫玻璃的方法与模具[J].玻璃与搪瓷, 2002, 30 (1) :33-35.

[2]张雄, 曾珍.泡沫玻璃在工程上的应用现状[J].建筑材料学报, 2006, 9 (2) :177-182.

[3]葛伟青, 杨静.国内泡沫玻璃的研究现状及发展趋势[J].唐山学院学报, 2008, 21 (2) :66-68.

[4]方荣立, 刘敏.影响粉煤灰泡沫玻璃质量的因素研究[J].矿产综合利用, 2003 (2) :44-48.

泡沫玻璃研究 篇3

煤粉炉渣是煤粉炉里的煤燃烧后一部分在炉膛中粘结并且由煤粉炉底排出的废渣[1],其排放量约为粉煤灰排放量的25%。因此,煤粉炉渣已成为一种仅次于粉煤灰的燃煤电厂工业废弃物[2]。但在我国煤粉炉渣仍大量地积存,占用大量土地并造成严重的环境污染。

微晶泡沫玻璃是一种在玻璃相中均匀分布着大量微小气孔和微晶体的新型环保建筑材料[3],具有隔热、耐腐蚀、吸声、防火、防潮、轻质高强及易加工等优越性能[4],解决了传统泡沫玻璃强度不够高及微晶玻璃价格过高、表观密度较大的缺点[5],因此被广泛应用作建筑装饰材料、墙体材料、隔音材料等。

研究利用煤粉炉渣为主要原料,采用粉末法烧成技术[6]制备微晶泡沫玻璃,既可变废为宝又能保护生态环境,具有重要的经济效益和社会意义,同时又为生产微晶泡沫玻璃寻找到新的原料来源,符合我国资源的可持续发展战略目标。

1 实验

1.1 实验原料

实验用的主要原料来广东省某火力发电厂的煤粉炉渣,其化学组成见表1。图1为煤粉炉渣的X-射线衍射图,可以看出,煤粉炉渣矿物组成主要为玻璃相、SiO2(石英)和Al6Si2O13(莫来石)等物质。另加入碳酸钙(Ca CO3)作为发泡剂、磷酸钠(Na3PO4)作为稳泡剂、碳酸钠(Na2CO3)和碳酸镁(MgCO3)作为调节成分,为了防止发泡时微晶泡沫玻璃试样与坩埚粘结,以1∶3(质量比)的苏州土和石英砂作为脱模剂。

1.2 实验方法

首先将块状的煤粉炉渣粉碎至全部通过200目筛。然后与CaCO3、Mg CO3和Na2CO3按表2的配合比均匀混合,装入坩锅中,于1450℃熔融90min,将玻璃液倒入水中冷淬,制备得基础玻璃,其化学组成见表3.最后将基础玻璃球磨全部通过75μm筛备用。

将准备好的基础玻璃与Ca CO3和Na3PO4按适当比例配合,放入球磨机中混合均匀,然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中,按图1所示的烧成曲线进行热处理:ABC为预热阶段,需要缓慢加热且需要保温一段时间使配合料中的水分脱去;CD为烧结阶段,为了防止发泡剂Ca CO3过多分解,升温速度尽可能快;DE为发泡阶段,发泡剂Ca CO3分解放出气体,软化的配合料发生体积膨胀,为了研究发泡时间对微晶泡沫玻璃的影响,分别取5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、25分钟6组不同的发泡时间进行发泡。EFGH为稳泡和退火阶段,迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600℃左右退火,使试样中产生的气孔固定,保温一段时间后随炉自然冷却至室温,以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力,然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割等,从而制备出微晶泡沫玻璃试样。

2 结果与分析

2.1 配合料的差热分析

图2为配合料的差热分析曲线图,从图中可以看出配合料在795℃有明显的吸热峰,对应配合料的软化温度,大约850℃的放热峰为玻璃析晶的出现,910℃时出现强烈的吸热峰,对应为碳酸钙的开始分解,990℃左右的放热峰为由碳酸钙分解产生的氧化钙与配合料中的氧化铝、氧化硅等再次反应产生新的晶相。因此可以初步确定配合料的发泡温度为940℃至1040℃之间。

2.2 发泡剂掺量对微晶泡沫玻璃性能的影响

根据微晶泡沫玻璃的用途不同,一般要求其泡径大小也不一样,微晶泡沫玻璃的泡径可在1~3mm之间选择[7,8],但通常形成2mm左右的泡径较符合微晶泡沫玻璃的要求[9,10]。

保持表3配合比不变,加入4%的稳泡剂,保持烧结制度和其他条件不变,改变发泡剂(Ca CO3)掺入量进行对比试验,分析发泡剂掺量对泡沫玻璃泡径、表观密度、抗压强度等性能的影响,测试结果见表4。

由上表可以看出,加入约4.5%碳酸钙时,发泡效果较好,当碳酸钙含量过少时,分解产生的二氧化碳量达不到发泡的效果,导致体积密度过大,孔径过小;当碳酸钙含量过多时,有个别大孔出现,还形成少量的连通孔,结构变得疏松,从而对微晶泡沫玻璃的性能产生不利影响。

2.3 稳泡剂对微晶泡沫玻璃的影响

稳泡剂的加入可以提高配合料高温条件下熔融体的粘度,降低其表面张力,预防生成小气泡相互连通形成大气泡,从而达到稳定产生的气泡结构,因此,稳泡剂的掺入量将会直接影响到微晶泡沫玻璃的性能。保持上表3配合比不变,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,保持烧结制度和其它条件不变,改变稳泡剂(Na3PO4)掺入量进行对比试验,其结果如下表5所示。

由表5可以看出,稳泡剂(Na3PO4)掺入量为2%、3%时,微晶泡沫玻璃体积密度较大,泡径较小,这是主要因为Na3PO4用量较少,此时软化体液粘度较大,生成的气体无法滞留,造成此时微晶泡沫玻璃试样体积密度较大,孔径较小。当稳泡剂(Na3PO4)掺量为4%至5%时,微晶泡沫玻璃试样的体积密度减至930kg/m3左右,泡径接近2mm,当稳泡剂(Na3PO4)掺入为6%时,虽然其表观密度降到903kg/m3,但微晶泡沫玻璃的泡径达2.56mm,抗压强度降至6.76MPa,再增加稳泡剂(Na3PO4)掺入量试样的表观密度和泡径都增大,抗压强度下降较明显,这是主要因为Na3PO4掺入量过多时,微晶泡沫玻璃试样玻璃液的粘度降低,产生的气体迅速地排出,从而导致微晶泡沫玻璃试样的表观密度增大,泡径变大。综合考虑,稳泡剂(Na3PO4)掺入量约为5%时发泡效果较为理想。

2.4 发泡温度及时间对微晶泡沫玻璃性能的影响

发泡温度和时间是影响微晶泡沫玻璃性能的关键因素之一,若发泡温度和发泡时间控制得当,配合料软化后的粘度与发泡剂产生的气体压力相平衡,则形成封闭的均匀分布小气孔,反之,如果发泡温度和时间控制不当,则可能造成产生的气体压力太大而形成开口或连通气孔,这将对材料的表观密度和泡径造成很大影响。保持上表3配合比不变,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,5%的Na3PO4为稳泡剂,表6为不同发泡温度对微晶泡沫玻璃性能的影响,表7为不同发泡时间对微晶泡沫玻璃性能的影响。

从上表6可以看出,随着发泡温度的升高,微晶泡沫玻璃的泡径逐渐变大,体积密度降低到932kg/m3的较低值后有所增加,这主要由于当发泡温度较低时,微晶泡沫玻璃中玻璃液相的粘度和表面张力较大,发泡比较困难,因而产生的气泡泡径较小;当发泡温度较高时,晶泡沫玻璃中玻璃相的粘度和表面张力变小,当玻璃液相不能将气体包裹时,不利于发泡剂碳酸钙分解产生的气泡滞留在玻璃液相中,这时就容易形成尺寸较大或连通的孔,因此发泡温度应合适才有利于微晶泡沫玻璃的性能,根据上述分析,本试验将发泡温度控制在1000℃左右。

从上表7可以看出,随着发泡时间的增大,微晶泡沫玻璃的表观密度先减小后增大,而产生的泡径一直增大,这是由于发泡过程是发泡时间比较短时,发泡不够充分,产生气泡泡径较小,表观密度也比较大;当发泡时间较长时,碳酸钙分解气体比较多,气泡内压力逐渐增大,从而突破微晶泡沫玻璃液相的包裹束缚,形成较大的气孔甚至连通的气孔,影响试样的性能。另外发泡时间过久,微晶泡沫玻璃析出的晶体较多,表观密度也会增大。因此,本试验发泡时间为20min。

2.5 微晶泡沫玻璃的性能及物相分析

以表3配合比配料,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,5%的Na3PO4为稳泡剂,发泡温度为1000℃,发泡时间为20min,根据1.2所述实验方法制备出微晶泡沫玻璃试样,其主要的技术性能如表8所示。

将微晶泡沫玻璃试样烘干,粉磨至通过200目方孔筛。采用D/max-IIIA型全自动X射线衍射仪测定微晶泡沫玻璃的晶相,结果如图4所示。

图4为微晶泡沫玻璃试样的XRD分析图谱,可以看出,经热处理工艺后,基础玻璃已经转化为微晶泡沫玻璃,其主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)和钙长石(Ca Al2Si2O8)。

3 结论

(1)以煤粉炉渣为主要原料通粉末法烧成技术制备微晶泡沫玻璃技术上可行的,可以提高煤粉炉渣的利用率,为生产微晶泡沫玻璃寻找到新的原料来源。经过大量实验发现,煤粉炉渣添加量为质量分数70%,发泡剂碳酸钙掺入量为4.5%,稳泡剂磷酸钠的掺入量为5%,发泡温度为1000℃,发泡时间为20min时,可制备出性能优良的微晶泡沫玻璃。

(2)XRD研究表明,利用煤粉炉渣制备出微晶泡沫玻璃样品的主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)和钙长石(Ca Al2Si2O8)。

参考文献

[1]苏达根,陆金驰.煤粉炉渣蒸压硅酸盐制品研究[J].粉煤灰综合利用,2004,(5):28-30

[2]陆金驰,陈智.熔融法制备煤粉炉渣微晶玻璃的研究[J].中国陶瓷,2010,46(12):33-35

[3]M.I.Ryshchenko,L.A.Mikheenko.Integrated Studyof Phase Composition and Structure of Porous GlassCeramics[J].Glass and Ceramics,2003,60(5-6):168-170

[4]王晴,涂欣等.硼硅酸盐微晶泡沫玻璃耐酸性研究[J].中国陶瓷.2011,47(3):44-46

[5]朱凯华,陆雷,陈莹等.热处理制度对微晶泡沫玻璃性能的影响[J].中国陶瓷,2012,48(4):47-49

[6]冯宗玉,薛向欣,李勇.利用油页岩渣制备微晶泡沫玻璃的研究[J].材料导报,2008,22(3):131-133

[7]Spiridonovl Yu A.Problems of Foam GlassProduction[J].Glass and Ceramics,2003,60(9/10):313-314

[8]高淑雅.利用废玻璃制备微晶泡沫玻璃[J].陕西科技大学学报,2005,23(6):61-64

[9]吴义军,陈克荣.泡沫玻璃与微晶泡沫玻璃的研制[J].江苏建材,2003,(2):9-10

泡沫玻璃研究 篇4

微晶泡沫玻璃是一种性能优良的隔热、吸声、防潮、防火、轻质高强的新型环保建筑材料, 具有机械强度高、导热系数小、热工性能稳定、不燃烧、不变形、使用寿命长、工作温度范围宽、耐蚀性强、无放射性、易加工等优点, 同时解决了泡沫玻璃机械强度不高和微晶玻璃造价过高的问题[1]。

在过去数十年里, 世界上已经发生了多次恐怖分子对一些国家政府建筑物的袭击事件, 这一切进一步强调了迫切需要开发和制造能够承受汽车炸弹爆炸和其它类似恐怖袭击所产生冲击波的建筑材料[2]。本文以废阴极射线管颈玻璃和氧化铅为主要原料, 加入一定量的碳化硅、三氧化二铁、氧化铋, 采用烧结法制备出可以吸收冲击波的高密度泡沫玻璃。研究了发泡保温时间、Pb O含量等对高密度泡沫玻璃性能的影响。

1 试验

1.1 原料及配比

(1) 高密度泡沫玻璃的主要原料

废阴极射线管颈玻璃:Pb O3含量2%, 陕西咸阳彩虹集团;氧化铅、氟化铅、碳化硅:化学纯;三氧化二铁、氧化铋:化学纯。

(2) 高密度泡沫玻璃的配比 (见表1)

%

1.2 试验过程

首先将阴极射线管颈玻璃粉碎, 经洗涤烘干后球磨 (过200目筛) , 然后按表1的配比配料, 将配好的原料放入球磨罐中磨15 min后, 过100目筛形成配合料, 再将配合料在10MPa的压力下进行干压成型, 最后将压制的试样放入马弗炉中按图1的升温曲线升温。图1中, 从A到D的升温速率逐渐增大, DE段为发泡保温阶段, FG段为退火保温阶段, GH段为缓慢退火阶段。其中, 各试样的发泡温度采用文献[2]的方法进行确定。

1.3 测试

用JXD-Ⅱ读数显微镜测量试样的泡径;用排水法测试试样的表观密度;用PT-1036PC万能材料试验机测试试样的抗折和抗压强度;用日本理学D/max2200PC X-射线仪确定试样中析出晶相的种类;用KYKY1000B型扫描电镜观察试样的表面形貌及气孔的分布。

2 结果与讨论

2.1 发泡保温时间对泡径的影响

试验中发现, 在发泡温度一定的条件下, 保温时间对试样泡径有明显的影响。图2为废玻璃加入量70%、发泡温度800℃下试样泡径随保温时间的变化曲线。

由图2可以看出, 随保温时间的延长, 泡径逐渐增大。其中, 保温10 min时, 泡径在0.35 mm左右, 且存在大量0.1 mm的小气孔, 试样密度大。保温时间在20~30 min时, 泡径在1~2 mm;保温40~50 min时, 泡径大于3 mm, 且密度比保温20~30 min的小。另外, 从锯开的截面可以清楚地看到, 当保温40~50 min时, 试样底部有个别大气孔, 而试样上部的气孔较小。这是因为, 在一般情况下, 气体的热膨胀系数比固体的大, 同时, 试样底部温度较表面高, 气孔长大速度较快, 随着气孔的长大, 试样的导热性能越来越差, 试样上部与下部的温差也越大, 所以试样下部会产生个别大气孔。

2.2 Pb O对发泡温度的影响

Pb O是一种密度较大的金属氧化物, 室温下其密度为9.375 g/cm3, 且形成玻璃的温度较低。试样中加入5%~30%的Pb O后, 发泡温度出现了不同程度的变化 (见图3) 。

由图3可以看出, 试样的发泡温度随Pb O加入量的增加而逐渐降低。当加入30%的Pb O时, 发泡温度降至800℃。这是因为室温下, Pb O的熔点为886℃, 沸点为1470℃;同时, 试样中加入了Pb F2、Bi2O3等熔点较低的物质, 在高温下易与Pb O形成低共熔物, 且随加入量的增加, 形成低共熔物的量越多, 因而发泡温度也越低。

2.3 Pb O对密度的影响

高密度的多孔材料有利于充分吸收爆炸时产生的冲击波。试验中通过在试样中加入一定量密度较高的Pb O制备出了高密度的泡沫玻璃。图4为加入Pb O与试样密度的关系曲线 (密度在试样平均泡径为1 mm时测量) 。

由图4可以看出, 试样的密度随Pb O加入量的增加逐渐增大, 且加入量越多, 增大幅度越大。这是因为当试样质量一定时, Pb O的用量增加, 废玻璃的用量将减少, 而Pb O的密度远大于废玻璃的密度, 因此, 试样密度随Pb O加入量的增加而大幅度提高。当Pb O加入量为30%时, 试样的密度为2.47g/cm3。

2.4 Pb O对力学性能的影响

吸收破坏性冲击波的材料, 不但要有高的密度, 高的气孔率, 而且必须具有良好的力学性能。图5为Pb O加入量与试样抗折和抗压强度的关系曲线 (强度是在试样平均泡径为1mm时测量) 。图6为高密度泡沫玻璃的XRD图。

由图5可以看出, 高密度泡沫玻璃的抗折和抗压强度随Pb O用量增加逐渐增大。这是由于试样在发泡过程中产生了大量高强度的晶体, 且随Pb O用量增加产生晶体的量也增加致。由图6可以看出, 加入20%Pb O, 在发泡温度为810℃下, 保温30 min, 试样中产生了3种晶体:Pb Fe O2F、Pb和Pb O。这是由于试样在发泡烧结过程中进行了如下反应:

试样中析出晶体后, 当受到外力作用时, 试样中产生的应力传递就不能走直线路径, 而必须绕过结晶颗粒迂回前进, 从而使裂纹的发展路径变长, 这一过程中应力往往会被吸收, 使材料的断裂韧性提高[1,3]。泡沫玻璃中析出的铅及其化合物可以长期稳定地存在于高密度泡沫玻璃中, 不会对环境造成污染[4]。

图7为高密度泡沫玻璃的SEM照片。

从图7可以看出, 试样中的气泡大都为开口气孔, 并且分布均匀[见图7 (a) ];另外在泡壁上均匀生长有大量的针状晶体, 其中部分晶体生长在较小的泡孔中[见图7 (b) ], 填充了泡孔, 因此试样的力学性能较好。另外, 所制备的高密度泡沫玻璃可以与水泥、钢筋或其它高强度建筑材料结合, 用在恐怖袭击高危险区建筑物内部和外部的立面, 具有刚性结构的优点, 当面临冲击破坏时, 该材料可以吸收大部分具有破坏性的能量。

3 结语

(1) 所制备的高密度泡沫玻璃随Pb O加入量的增加, 发泡温度逐渐降低, 密度及强度逐渐增大。

(2) Pb O加入量为20%时, 在发泡温度810℃下保温30min, 试样中产生了Pb Fe O2F、Pb、Pb O等3种针状晶体, 使高密度泡沫玻璃力学性能提高。

摘要：以废阴极射线管颈玻璃和氧化铅为主要原料, 加入一定量的碳化硅、氟化铅、三氧化二铁、氧化铋, 采用烧结法制备高密度泡沫玻璃。通过XRD、SEM等对泡沫玻璃的性能进行了研究。结果表明, 发泡温度越高, 制品密度越小;随PbO加入量的增加, 发泡温度逐渐降低, 制品密度和强度逐渐增大。试样在发泡温度810℃下保温30 min, 产生了PbFeO2F、Pb、PbO等3种针状晶体, 试样力学性能提高。

关键词：泡沫玻璃,高密度,冲击波

参考文献

[1]郭宏伟, 高档妮, 高淑雅.微晶泡沫玻璃的研制及性能研究[J].新型建筑材料, 2005 (9) :48-50.

[2]高淑雅, 郭宏伟, 刘新年.一种测定泡沫玻璃发泡温度的装置:中国, CN201152787Y[P].2008-11-19.

[3]西北轻工业学院.玻璃工艺学[M].北京:轻工业工业出版社, 1982:45-63.

泡沫玻璃研究 篇5

建筑结构中的窗户既给建筑灵气,满足室内采光照明、通风、亲近自然等功能要求,又可丰富建筑外立面造型,但也增加了建筑外墙的局部传热,降低了墙体综合平均热阻,形成建筑热桥,给建筑节能降低建筑总能耗增加难度。文献[1]对建筑考虑热桥的二维或三维附加影响后,围护结构传热增加5%～39%,全年总能耗增加了2%～21%。

窗户占整个外墙的比例较少,通常用窗墙面积比表示,JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定为:0.20≤窗墙面积比≤0.60,GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》中规定为:0.20≤窗墙面积比≤0.70。其中宽度仅5cm左右与墙体交接的窗框部分,面积只占墙体面积的4%～12%(幕墙除外),但热散失作用却不容忽视。

近年来,我国民用建筑外墙面窗户形式变化多样,材质也日益丰富,热传导性能差别较大,不过表面换热仍是复杂的对流和辐射耦合换热[2]共存,窗口周边的温度场应是非线性的二维或三维瞬态导热[3,4]。Samuel Hassid和DéquéF等都采用二维热桥传热模型和理论分析了墙体热桥传热[5,6,7],但对于窗口周边的热桥作用下的热流密度实测、温度场变化情况却少有研究。本文通过实测窗户周边(窗户与墙体交接部分)的热流密度,讨论温度场变化规律。

1 窗口周边热流方程

窗户一般由透明玻璃和框架结构组成,在夏热冬冷地区,窗户玻璃多为单层玻璃。传导、对流和辐射是热流通过窗户的3种基本方式,不过这3种方式的热交换量在玻璃和框架部分是不相同的。对标准窗户玻璃部分太阳热辐射是最主要的传热方式,其中太阳辐射热60%左右的短波直接透过窗户玻璃部分进入室内。窗框部分的热传导过程主要有2种途径,一是窗框表面与室内外环境空气的对流换热,二是窗框内外表面的温度差导致热流通过窗框的导热形式进行热传递和交换,当然还有少量空气通过窗户缝隙的热对流(传导)。

假设窗口周边与墙体连接处是连续的多层均质结构,忽略缝隙和缝隙传热传质;基于试验只是对窗、墙在70℃范围内升温和降温,热射线属于长波,室内试验无太阳直接辐射,故忽略表面的辐射传热和墙体传湿;设窗边和墙体材料的热物性不随温度变化。依据Fourier定律和热力学第一定律,建立窗口周边传热及温度场的导热微分方程:

由式(1),从时刻τ1到τ2流进此面的全部热量:

其中:λ(x,y,z)称为介质在点(x,y,z)处的热传导系数。流入的热量使介质内部温度发生变化,在时间间隔(τ1,τ2)中介质温度从t(τ1,x,y,z)变化到t(τ2,x,y,z),则所传递的总热量为:

2 试验

2.1 试验墙

制作外保温试验墙[8],在实验室制作了2面泡沫玻璃外保温系统试验墙,尺寸为2.0 m×3.0 m。一面试验墙采用面砖作为外饰面(简称1#试验墙或面砖系统),另一面试验墙外饰面采用建筑涂料(简称2#试验墙或涂料系统)。试验墙具体构造如图1所示。

试验墙上都装有0.4 m×0.7 m外窗,窗框采用普通铝合金框,窗户玻璃采用5 mm普通玻璃,具体位置如图1所示,窗口周边与墙体交接处做法见图2。试验墙在10～25℃条件下养护28 d以上。

1—基层墙体,200 mm厚混凝土;2—粘结层,3 mm厚改性砂浆;3—保温层,30 mm厚泡沫玻璃;4—保护层(1#墙:5 mm抗裂砂浆+热镀锌焊网+5 mm水泥砂浆;2#墙:5 mm抗裂砂浆+耐碱玻璃纤维网格布+5 mm弹性底漆);5—饰面层(1#墙:5 mm砂浆+面砖;2#墙:3 mm柔性耐水腻子+涂料)。

2.2 试验设备及试验条件

所用设备为沈阳微特应用技术开发有限公司专门开发生产的由2个小室组成同时可测试4面试验墙的BWNH-3021型外保温系统耐候性能试验装置、JTRG-Ⅱ型建筑热工温度与热流自动测试系统,自动记录窗口周边热流片的热流密度及温度,热流片粘贴位置见图3。

测试地点在实验室,室内气象参数:温度13℃,风速0.01m/s,相对湿度60%;控制箱内温度分别设置为3℃(低于室内空气△t=10℃)、-2℃(低于室内空气△t=15℃)和-7℃(低于室内空气△t=20℃),耐候机箱内风机运行时箱内风速为0.79m/s,风机不运行时风速为0.21 m/s。测试数据记录阶段尽可能选在箱内温度恒定、风机不运行时段进行。

由于玻璃窗的热传导较非透明的墙体部分强烈,传热系数远大于外墙其它墙体部位,GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》和JGJ 134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等相关节能标准规范将外墙和外窗的传热系数分别列出,限值不同。一般热流片热阻比被测窗框的热阻小得多,忽略热流片对传热的影响。因而在稳定状态下,流过热流片的热流密度亦为被测部位的热流密度。

2.3 测试结果及分析

由于普通铝合金窗框传热性能较好,较墙体其它部位的热传导强,是建筑物围护结构主要的热(冷)通道即热(冷)桥。试验在各点表面粘贴热流片测得热流密度,并通过连接热流检测仪自动记录逐时值(见表1)。

试验温差对窗口热流密度的影响如图4所示,热流密度在不同温差时呈阶跃式变化,墙体两侧温差越大,热流密度偏差越小,主要原因是温差越大,热传导过程越接近稳态。

由图4可知,在相同温差时,1#墙较2#墙窗口热流密度偏差小,特别是温差较低时,当温差△t≥15℃热流密度偏差较小,而△t≤10℃时,热流密度相对偏差达34.31%。究其原因应是保温系统的面层构造和材料所致,1#墙面层为面砖、粘结层也厚;2#墙面层为涂料,构造层较薄,蓄热能力弱。另外还有窗框与墙体交接处搭接严密性等因素,所以窗口周边热流密度受多种要素影响。

3 结语

(1)外墙窗口四周的传热不均匀,热流密度偏差最小正偏差达0.98%,最大正偏差达15.80%;最小负偏差达-0.98%、最大负偏差达-18.51%;主要原因是窗口与墙体交接部分,材料热工性能相差很大,即墙体由热导率高于墙体材料近200倍的窗框贯穿,形成“热桥”,必然导致窗口周边传热偏差。

(2)对于外贴饰面砖的泡沫玻璃外保温墙,窗口四周的热流密度偏差为29.59%,热桥效应明显。

(3)采用涂料外饰面的泡沫玻璃外保温墙,窗口四周的热传导偏差高达34.31%,热桥效应较外贴饰面砖时更突出,原因是涂料饰面层较薄,蓄热能力较面砖弱,对热传导差异更敏感。

(4)同一温差时,窗口周边四角测点的热流密度不相等,由公式(1)～(3)可知,各处组合墙体的总导热系数不等,导热能力不同,可能引起窗角热应变较大,此处产生裂缝可能性较大。在外保温设计、施工、材料选择时都应引起注意,避免较大的热桥效应,确保外保温墙体的安全正常使用。

参考文献

[1]Mao G,Johannesson G.Dynamic calculation of thermal bridges[J].Energy and Buildings,1997,26(3):233-240.

[2]孔凡红,廖胜明,郑茂余.新建建筑围护结构的传热系数变化研究[J].太阳能学报,2010,31(6):717-722.

[3]安培霞,王宏.外墙外保温在保护热桥方面的研究[J].科学之友,2010(6):35-36.

[4]李萍,王灵玺,张肖林.建筑门窗传热系数分析与试验研究[J].山西建筑,2009,35(34):258-259.

[5]DéquéF,O llivier F,Roux JJ.Effect of 2D modeling of thermalbridges on the energy numerical application on the Matisseapartment[J].Energy and Buildings,2001,33(6):583-587.

[6]Adnan Al-Anzi.Moncef Krati Local/global analysis of transientheat transfer from building foundations[J].Building andEnvironment,2004,39(5):495-504.

[7]Larbi A B.Statistical modeling of heat transfer for thermal bridgesof building[J].Energy and Buildings,2005,37(9):945-951.

泡沫玻璃研究 篇6

泡沫玻璃是利用废弃的碎玻璃为主要原料, 加入发泡剂、发泡促进剂、改性剂等经粉碎后均匀混合成配合料, 放在特定模具中经750℃~960℃高温熔化, 发泡退火形成的一种无机非金属多孔玻璃材料, 具有保温、隔热、防水、防潮、耐酸碱性能[1]。它由大量直径为1~2mm的气泡结构组成。由于泡沫玻璃是一种性能优越的绝热 (保冷) 、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料, 同时以其永久性、安全性、高可靠性在低热绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位, 被称之为绿色环保型绝热材料。目前, 泡沫玻璃应用于多种领域, 如防火工程, 地铁、写字楼等需要隔音、隔热设备的公共场所, 但相对于一些技术成熟的产品, 在国内的应用还很少, 是一种较为新型的建筑材料。目前泡沫玻璃的生产工艺主要是“二步法”, 泡沫玻璃配合料首先放在模具中, 发泡后将模具脱除, 脱模后的毛坯再入退火窑中进行退火, 然后再切割成成品。其边缘部分因质量较差, 成品率为80﹪, 故将产生大量的边角料和报废料。随着国家对节能减排和资源有效利用的重视, 浙江省相继出台了《泡沫玻璃建筑外墙外保温体系技术规范》及《屋面工程质量验收规范》, 泡沫玻璃制品在建筑工程中使用越来越广泛。随着泡沫玻璃制品的使用量日趋增加, 边角料也随之增多, 边角料如不及时处理, 不仅占用大量的堆积场地, 同时玻璃颗粒将造成扬尘, 被人体大量吸收后将造成矽肺等职业健康疾病, 危害人体健康。填埋不仅对水体、土壤等造成二次污染, 而且还占用大量的土地资源, 造成巨大的能源和资源浪费。目前泡沫玻璃粉和碎料主要作为装饰轻混凝土的填充料及其它用途。泡沫玻璃边角料的处理是生产企业乃至整个社会亟待解决的问题, 因此, 对泡沫玻璃废料的循环利用具有较大的经济和社会效益。

如能研究制造利用泡沫玻璃废料制成相关有价值成品, 使泡沫玻璃废料可以被综合循环利用, 不仅填补该领域的空白, 能保护社会环境, 响应国家的节能减排、可持续发展等战略, 还能促进企业技术能力的提升, 并间接减少浪费, 在带来良好的经济效益的同时, 帮助企业转型升级, 做一个保护环境、对社会有责任的绿色企业。

2 国内外研究现状和发展趋势

泡沫玻璃是一种性能优越的绝热 (保冷) 、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料, 作为泡沫玻璃成品的废料, 同样具有与泡沫玻璃相类似的诸多优点, 国内外一些泡沫玻璃生产企业对泡沫玻璃废料已经有了多种处理方式, 如制成废泡沫玻璃自保温砌块、泡沫玻璃粘结砖 (板) 等。

早在1990年前苏联就有学者在《混凝土与钢筋混凝土》第11期上发表了关于《泡沫玻璃碴轻质混凝土》的相关论著, 阐述泡沫玻璃碴的制备工艺为:预先将片石破碎成粉粒, 放入炉中, 同时放入能防止粉粒粘合的粉状惰性材料, 经煅烧使样品起泡。前苏联混凝土和钢筋混凝土科学研究所对用5~20mm粒径的泡沫玻璃碴制备轻质混凝土进行了研究, 研究时采用经粉碎的泡沫玻璃碴和卡尔姆拉申斯克产的天然火山岩碴作细骨料。我国的廖绍贤在1994年翻译该论著[2]。

2011年, 由嘉兴学院建筑工程学院的多名学者通过正交试验分析了泡沫玻璃废料、水泥、水和外加剂掺量对泡沫玻璃自保温砌块的导热系数、抗压强度和表观密度的影响验证了泡沫玻璃等材料配置泡沫玻璃自保温砌块的可行性[3]。2013年, 我国又有相关专家将废弃泡沫玻璃加工成泡沫玻璃骨料, 在对比分析该骨料与普通轻骨料性能的基础上, 提出了将其用于节能屋面的保温构造热工计算参数的选取施工工艺流程详细施工工艺质量标准及施工注意事项, 并进行了试点工程应用。工程实际应用结果验证了废弃泡沫玻璃用于屋面节能工程的可行性, 并能有效满足屋面保温需求和防火安全要求[4]。

随着社会经济的发展, 环境的污染问题越显突出, 循环利用泡沫玻璃废料作为原材料生产的保温砌块等建筑材料不仅可以起到利废的作用, 同时具有节能减排等保护环境的效果, 有着广阔的市场前景。

3 研究开发内容和技术关键

3.1 研究开发内容:

以泡沫玻璃废料为主要原料, 选择粘结剂和发泡剂的品种, 确定各材料的比例和发泡工艺参数, 生产出具有优良性能的泡沫玻璃发泡保温制品, 用于墙体隔墙板、屋面保温和楼地面保温防潮。

3.2 技术关键:

产品主要性能指标的确定。密度、导热系数、抗压强度、抗折强度、体积吸水率、尺寸稳定性作为产品主要性能指标, 通过配比的选择和适当的工艺控制, 使产品的各性能指标达到优化, 产品各项技术指标将达到表1的技术要求。

4 生产工艺

首先通过球磨机将泡沫玻璃的边角废 (图1) 进行多次球磨粉碎, 直到球磨粉碎至细度80μm (图2) , 将泡沫玻璃废料粉、水泥、粉煤灰按一定比例混合加入到发泡桶中进行搅拌, 等搅拌均匀后加入一定量的水, 水温控制在 (46~48) ℃左右, 然后继续搅拌, 在搅拌的过程中加入发泡剂、稳泡剂、早强剂等添加剂, 继续搅拌至均匀, 然后倒入预先放置好的模具中进行发泡 (图3) , 发泡时长约为12小时, 等发泡结束后进行脱模。脱模产品用尼龙薄膜遮盖进行7天自然养护, 养护完成后即得泡沫玻璃发泡保温砌块制品, 最后用切割工具切割成需要的尺寸砌块 (图4) , 此轻质砌块可以广泛用于建筑物外墙、隔墙和屋面保温。

5 结束语

研究制造泡沫玻璃废料发泡保温制品, 可以对泡沫玻璃废料进行综合循环利用, 不仅能保护环境, 响应国家的可持续发展战略, 还能促进企业技术能力的提升, 通过再生料与非再生料的复合, 可以进一步提升各性能指标, 满足更多的使用要求。泡沫玻璃废料的综合循环利用更重要的是创造性的解决了泡沫玻璃废料回收再利用的难题, 具有很高的经济效益与社会效益。

摘要：本文主要研究以泡沫玻璃废料为主要原料, 按配方选择适当的粘结剂和发泡剂, 再利用发泡工艺生产出具有优良性能的泡沫玻璃发泡保温制品, 用于墙体隔墙板、建筑外墙、屋面的隔热隔音和楼地面保温防潮, 解决了泡沫玻璃废料回收再利用的难题, 具有很高的经济效益与社会效益。

关键词：泡沫玻璃废料,发泡,循环利用

参考文献

[1]田英良, 战梅, 孙诗兵, 吴中伟.国内外泡沫玻璃生产技术发展和生产线代别综述[J].玻璃和搪瓷.2014, (3) :26-32.

[2]廖绍贤.泡沫玻璃碴轻质混凝土[J].铁道建筑技术.1994, (3) :45-47.

[3]梁建辉, 熊厚仁, 王其路, 王殿泽, 王智鹏, 黄翠.废弃泡沫玻璃自保温砌块的正交试验研究[J].施工技术.2011, (7) :58-60.

泡沫玻璃研究 篇7

硼泥是以硼矿石或硼镁矿为原料，生产硼砂以及硼酸等硼化工产品过程中排放的固体废弃物。我国每年有数百万吨的硼泥排放。由于脱镁硼泥的粒度非常细，大多在100～200目，在制备泡沫玻璃的过程中不需研磨，节能降耗，特别是脱镁硼泥中含有少量的硼可降低发泡温度，减少助熔剂的添加量，因此利用脱镁硼泥生产泡沫玻璃有很强的竞争力。本文利用脱镁硼泥和废玻璃为原料，通过改变烧结温度、烧结时间、发泡温度和发泡时间等工艺参数，开发新型高附加值的脱镁硼泥泡沫玻璃材料。

1 试验

1.1 试验原料

硼泥取自辽宁省大石桥某硼泥厂，试验室进行脱镁处理;废玻璃为破碎的平板玻璃;工业用碳酸钠取自天津市博迪化工有限公司。主要原料的化学成分见表1。

%

1.2 脱镁硼泥泡沫玻璃的制备

将废玻璃放入破碎机中进行破碎，研磨到一定粒度后按计量比与脱镁硼泥研磨混料;将混合料放入熔融炉，在1000℃左右进行玻璃化;再进行淬火，粉碎后加入一定量助熔剂、发泡剂等辅助添加剂，混合均匀，压成一定形状坯体;最后将该坯体放入模具中进行热处理得到泡沫玻璃。

1.3 性能测试

按JC/T 647—2005《泡沫玻璃绝热制品》的规定进行泡沫玻璃的性能测试。用WE-30型液压万能试验机测试泡沫玻璃的抗压强度;用DRXL-Ⅰ导热系数测试仪测试泡沫玻璃的导热系数;用JSM-5600LV扫描电子显微镜表征泡沫玻璃孔的形貌。

2 脱镁硼泥泡沫玻璃制备的影响因素与性能结果分析

2.1 烧结温度对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

为了获得一定强度的泡沫玻璃，需要合理的烧结温度[7]。烧结温度过高，不仅浪费能源，而且还会促使二次结晶而使制品性能变差[8]。以碳酸钠为发泡剂，掺入量为10%，将坯体以10℃/min升至烧结温度，烧结时间为30 min，再升温至发泡温度后保温一定时间制备泡沫玻璃，不同烧结温度对脱镁硼泥泡沫玻璃表观密度的影响见图1。

图1的结果表明，泡沫玻璃的表观密度随烧结温度升高而降低，较高的烧结温度可以促进烧结进行，但不宜过高，否则会降低配合料的表面张力，导致气孔稳定性变差，适宜的烧结温度为690℃左右。

2.2 烧结时间对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

脱镁硼泥泡沫玻璃配合料在烧结温度下，需要一定烧结时间才能具有一定强度，不同的烧结时间对脱镁硼泥泡沫玻璃表观密度的影响如图2所示。

图2的结果表明，烧结时间对泡沫玻璃表观密度有一定的影响，延长烧结时间，一般都会不同程度地促进烧结完成，完善坯体的结构;但时间不宜过长，否则，会使制品的表观密度变大。烧结温度为690℃，烧结时间为30 min时，可得到表观密度较低、性能较高的泡沫玻璃。

2.3 发泡温度对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

发泡温度对制品的质量影响最大，图3为发泡温度与泡沫玻璃导热系数和表观密度的关系曲线。

由图3可以看出，随着发泡温度的升高，泡沫玻璃的表观密度整体随之降低，在840℃左右达到最小，继续升温，密度反而增大，导热系数也有同样的趋势。分析原因可能是由于在发泡温度较高时，液相黏度较低，泡壁内表面张力降低，气孔内气体的压力随之降低，所以在相同含气量的条件下，泡孔直径变大，泡壁变薄。烧成温度过高，试样内已连通的孔隙容易进一步形成大孔，致使气体从试件中逸出，泡沫玻璃的密度增大，性能降低。

2.4 发泡时间对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

在发泡温度为840℃条件下，考察发泡时间对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响(见图4)。

由图4可以看出，随着发泡时间的增加，泡沫玻璃的导热系数呈减小趋势，但抗压强度先增大后减小，在发泡时间为16 min时抗压强度达到最大值。这是由于发泡时间过长，在泡沫玻璃内部形成大量的连通孔，使泡沫玻璃的抗压强度下降。从工艺的角度看，发泡时间以在16 min左右为宜。

2.5 脱镁硼泥掺量对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

在发泡温度为840℃，发泡时间为16 min的条件下考察脱镁硼泥的掺量对泡沫玻璃性能的影响(见图5)。

从图5可以看出，随着脱镁硼泥掺量的增加，泡沫玻璃的导热系数增大，绝热性能下降，所以脱镁硼泥在泡沫玻璃混合料中比例不宜过大。另外，随着脱镁硼泥掺量的增加，泡沫玻璃的抗压强度增大，综合考虑环境和社会效益、生产成本及泡沫玻璃隔热保温性能等方面因素，脱镁硼泥掺量应在35%左右为宜。

2.6 发泡剂含量对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

以工业碳酸钠为发泡剂，发泡剂掺量对泡沫玻璃导热系数和抗压强度的影响见图6。

由图6可以看出，发泡剂掺量直接影响泡沫玻璃的导热系数和抗压强度，随着发泡剂掺量的增加，反应放出的气体量增大，泡孔孔径明显增大，开孔率增大，导热系数和抗压强度随之下降。综合以上考虑，以工业碳酸钠为发泡剂时其最佳掺量为10%。

2.7 成型压力对脱镁硼泥泡沫玻璃性能的影响

泡沫玻璃配合料成型压力的大小对泡沫玻璃性能有一定的影响，成型压力对泡沫玻璃表观密度的影响见图7。

从图7可以看出，泡沫玻璃的表观密度随着成型压力的增大逐渐减小，这主要是由于当混合料松散堆积时，试件内部孔隙较大，颗粒点接触的数量较少，烧结的收缩率较小，至发泡剂释放气体的温度时，仍能具有较大的孔隙率，气体易通过这些孔隙，逸出体外而造成损失，导致密度增大。增大成型压力，可使粉料颗粒间接触紧密，加快烧结传质的进行，减小气孔率，有利于熔体包裹住放出的气体，减小散失，密度降低。在粉料的烧结前期，为了减小发泡剂的损失，可以适当地增大成型压力。另外，一定的成型压力还有利于坯体抗压强度的提高，因此较合适的成型压力为3～5 MPa。

3 脱镁硼泥泡沫玻璃性能测试

以最优工艺条件，即原料配合比m(脱镁硼泥)∶m(碎玻璃)∶m(碳酸钠)∶m(稳泡剂)∶m(助熔剂)=35∶49.5∶10∶4∶1.5，成型压力3～5 MPa，烧结温度为690℃，烧结时间为30 min，发泡温度为840℃，发泡时间为16 min制备的脱镁硼泥泡沫玻璃试样，其扫描电镜照片见图8，性能测试结果见表2。

从图8可看出，试样气孔数多、结构规则、分布均匀，并且多为圆形孔，无连通孔出现，孔径为0.2～0.5 mm。从表2看出，研制的泡沫玻璃主要性能满足JC/T 647—2005标准的要求。

4 结论

以脱镁硼泥和废玻璃为原料，按照m(脱镁硼泥)∶m(碎玻璃)∶m(碳酸钠)∶m(稳泡剂)∶m(助熔剂)=35∶49.5∶10∶4∶1.5配合比，成型压力3～5 MPa，烧结温度为690℃，烧结时间为30min，发泡温度为840℃，发泡时间为16 min，可生产性能优良的脱镁硼泥泡沫玻璃，该泡沫玻璃的表观密度在170 kg/m3左右，抗压强度在6.5 MPa左右，满足JC/T 647—2005标准的要求，具有质轻、气孔均匀、强度高、保温性能好的特点，是一种优良的隔热保温与隔声材料。该工艺不仅可以降低泡沫玻璃的成本，而且为解决硼泥资源的综合利用，提高环保和经济社会效益提供了新的途径。

摘要：利用脱镁硼泥和废玻璃作为原料,研制开发新型的具有轻质保温、隔热、防火和防水性能的泡沫玻璃,探讨了烧结温度及时间、发泡温度及时间、发泡剂用量以及成型压力对新型泡沫玻璃性能的影响,试验结果表明,在烧结温度为690℃,烧结时间为30 min,发泡温度为840℃,发泡时间为16 min,发泡剂用量为10%,成型压力为3～5 MPa时,可以制备出气孔均匀、性能优异的泡沫玻璃,各项性能均达到JC/T 647—2005标准要求。

关键词：脱镁硼泥,泡沫玻璃,制备,性能

参考文献

[1]钟祥璋.吸声泡沫玻璃的吸声特性[J].新型建筑材料,1998(3):27-29.

[2]秦太超.泡沫玻璃在隔热工程上的应用[J].保温材料与节能技术.1994(4):9-12.

[3]Petrakovskaya E A.Absorption of hydrogen fluoride by ash foamglass[J].Glass physics and chemsitey,2004(10):274-278.

[4]梁忠友.废渣泡沫玻璃的研制[J].新型建筑材料,1998(4):31-32.

[5]Shimono,Yasuo.Production of foam glass made from glassy vol-canic ashes as materials[J].Journal of the ceramic society of Ja-pan,1987,95(5):494-502.

[6]邓家平.复合饰面泡沫玻璃保温装饰砖[J].新型建筑材料,2004(4):44-45.

[7]西北轻工业学院.玻璃工艺学[M].北京:轻工业出版社,2003.